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聚合物—氧化锌纳米复合材料的制备和发光性质研究

作　者: 隋晓萌
导　师: 刘益春
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 凝聚态物理
关键词: 氧化锌 纳米复合材料 光致发光 静电纺丝技术 微乳液法
分类号: O482.31
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
下　载: 837次
引　用: 4次
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内容摘要


半导体纳米材料由于其独特的光电特性受到人们的极大关注,其中ZnO是一种直接带隙的半导体材料,室温下能隙宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV,具有优良的物理和化学性质,是目前光电子研究领域的热点。但是对于纳米结构的ZnO来说,由于存在与表面缺陷相关可见光发射,阻碍了它在紫外发射器件上的应用。本文利用静电纺丝技术和微乳液法合成了聚合物-氧化锌纳米复合材料,实现了对ZnO光致发光的有效调控,具体研究内容如下:1.利用溶胶-凝胶法和静电纺丝技术相结合成功的制备了聚氧化乙烯-氧化锌(PEO-ZnO)纳米复合纤维,利用多种手段对材料的形貌,结构和发光性质进行分析。由于PEO和ZnO之间存在着弱相互作用力,使PEO可以钝化ZnO表面的悬挂键,降低样品的与表面缺陷相关的可见发光强度。研究还发现纺丝电压对样品的发光性质影响很大,随着纺丝电压的升高,PEO与ZnO的接触面积增加,二者之间的相互作用力增强,导致样品的紫外发光效率明显提高,半高宽逐渐减小,从而实现对样品发光性质的调控。2.利用溶胶-凝胶法和静电纺丝技术相结合制备了聚乙烯醇-氧化锌(PVA-ZnO)纳米复合纤维,利用多种表征手段对材料的结构信息,热稳定性和光致发光性质进行研究。结果表明,聚合物PVA和ZnO之间存在着的相互作用力可以对ZnO的表面进行修饰,增强其与表面态相关的可见光发射,PVA-ZnO纳米复合纤维(直径300 nm)的PL谱由三条覆盖了紫外和可见光区的谱带组成,该材料具有较强的白光发射特性。经过分析,给出了PVA-ZnO纳米复合纤维的发光机理解释。3.利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)形成的微乳液作模板合成了具有六角纤锌矿结构的氧化锌六角柱,并对样品进行表征。经过对样品的结构和形貌的研究,给出了ZnO六角柱的形成机理。PVP分子吸附在ZnO六角柱的表面对其进行表面

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 引言  11-29
  1.1 聚合物-无机纳米复合材料概述  11-16
    1.1.1 聚合物－无机纳米复合材料的定义和分类  11-12
    1.1.2 聚合物－无机纳米复合材料的界面作用机理  12-13
    1.1.3 聚合物－无机纳米复合材料的制备方法  13-16
  1.2 ZnO 材料的基本性质及研究进展  16-21
    1.2.1 ZnO 的基本性质  16-18
    1.2.2 ZnO 纳米材料的研究进展  18-21
  1.3 聚合物－ZNO 纳米复合材料的研究进展  21-22
  1.4 本论文工作安排  22
  参考文献  22-29
第二章 实验方法及样品表征手段  29-49
  2.1 静电纺丝技术  29-32
  2.2 微乳液法  32-36
  2.3 相关表征手段  36-47
    2.3.1 X 射线衍射  36-38
    2.3.2 扫描电子显微镜  38-40
    2.3.3 透射电子显微镜  40-42
    2.3.4 吸收光谱  42-43
    2.3.5 红外光谱  43-44
    2.3.6 微区拉曼和光致发光谱  44-46
    2.3.7 差示扫描量热分析  46-47
  参考文献  47-49
第三章 PEO-ZNO 纳米复合纤维的制备、表征及发光性质研究  49-64
  3.1 前言  49-50
  3.2 PEO-ZNO 纳米复合纤维的制备  50-52
    3.2.1 溶胶-凝胶法制备ZnO 纳米粒子  50-52
    3.2.2 配制PEO 溶液  52
    3.2.3 静电纺丝法制备PEO－ZnO 纳米复合纤维  52
  3.3 PEO-ZNO 纳米复合纤维的形貌分析  52-53
  3.4 PEO-ZNO 纳米复合纤维的结构研究  53-56
    3.4.1 傅立叶变换－红外光谱分析  54-56
    3.4.2 共振拉曼光谱分析  56
  3.5 PEO-ZNO 纳米复合纤维的发光性质研究  56-59
  3.6 机理解释  59-61
  3.7 小结  61
  参考文献  61-64
第四章 具有白光发射特性的PVA－ZNO 纳米复合纤维的制备和性质研究  64-80
  4.1 前言  64-65
  4.2 静电纺丝法制备PVA-ZNO 纳米复合纤维  65-67
    4.2.1 溶胶-凝胶法制备ZnO 纳米粒子  65-67
    4.2.2 配制PVA 水溶液  67
    4.2.3 PVA－ZnO 纳米复合纤维的制备  67
  4.3 PVA－ZNO 纳米复合纤维的形貌研究  67-68
  4.4 PVA－ZNO 纳米复合纤维的结构分析  68-70
    4.4.1 X 射线衍射图谱分析  68-69
    4.4.2 傅立叶变换－红外光谱分析  69-70
    4.4.3 共振拉曼光谱分析  70
  4.5 PVA－ZNO 纳米复合纤维的热稳定性研究  70-71
  4.6 PVA－ZNO 纳米复合纤维的光学性质研究  71-75
    4.6.1 吸收光谱分析  71-72
    4.6.2 光致发光光谱分析  72-75
  4.7 小结  75
  参考文献  75-80
第五章 微乳液法制备ZNO 六角柱及其发光性质研究  80-94
  5.1 前言  80-81
  5.2 微乳液法制备ZNO 六角柱  81-82
  5.3 ZNO 六角柱的形貌研究  82-84
    5.3.1 扫描电子显微镜结果分析  82
    5.3.2 透射电子显微镜结果分析  82-84
  5.4 ZNO 六角柱的形成机理  84-86
  5.5 ZNO 六角柱的结构研究  86-89
    5.5.1 X 射线衍射结果分析  86
    5.5.2 傅立叶变换－红外光谱分析  86-88
    5.5.3 拉曼光谱分析  88-89
  5.6 ZNO 六角柱的发光性质研究  89-90
  5.7 小结  90-91
  参考文献  91-94
第六章 结论  94-95
隋晓萌简介  95
隋晓萌攻读博士学位期间承担的主要工作及成果  95-97
致谢  97-99

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 固体性质 > 光学性质 > 发光学
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